Adaptive multi-protocol communication for energy systems

Abstract

Розглянуто підходи до впровадження адаптивної багатопротокольної комунікації в енергетичних системах, що трансформуються в умовах зростання розподіленої генерації та розвитку концепції Smart Grid. Зростаюча гетерогенність сучасних енергетичних інфраструктур, зумовлена масовим упровадженням IoT-пристроїв, інтелектуальних лічильників та розподілених енергетичних ресурсів, створює суттєві виклики для забезпечення надійного та ефективного передавання даних. За таких умов традиційні статичні комунікаційні архітектури виявляються малоефективними та неспроможними адаптуватися до динамічних змін стану мережі. Запропоновано архітектурний підхід, що поєднує провайдер ідентифікації OpenID Connect як уніфікований механізм автентифікації та авторизації з інтелектуальним модулем машинного навчання для адаптивного управління протоколами зв’язку. Динамічний вибір протоколів передавання даних здійснюється між MQTT, CoAP, HTTPS та іншими промисловими системами з урахуванням показників продуктивності мережі в реальному часі, вимог безпеки та характеристик експлуатаційного навантаження. Для прогнозування ефективності комунікації використано багатомодельний підхід машинного навчання, що включає алгоритми Random Forest, нейронні мережі та логістичну регресію, які забезпечують взаємодоповнювальний аналіз мережевих параметрів. Остаточне рішення щодо вибору оптимального протоколу формується на основі зваженого консенсусного механізму з урахуванням показників якості кожної моделі. Запропонована система реалізує протокол – незалежну модель безпеки, централізоване управління гетерогенними пристроями та масштабовану архітектуру, придатну для сучасних і перспективних енергетичних мереж. Результати експериментальних досліджень, отримані на основі реальних експлуатаційних даних, підтверджують можливість зменшення комунікаційних витрат, підвищення надійності передавання даних і забезпечення стабільної роботи системи за змінних мережевих умов. Отримані результати доводять, що поєднання централізованої ідентифікації з адаптивним, заснованим на машинному навчанні вибором протоколів створює надійну основу для інтелектуальних комунікаційних систем з автоматичним перемиканням протоколів у енергетичних інфраструктурах нового покоління та експлуатаційної стійкості

This paper examines approaches to implementing adaptive multi-protocol communication in energy systems undergoing transformation in the context of distributed generation growth and Smart Grid concept development. An architecture is proposed that integrates OpenID Connect (a unified authentication provider) with a machine learning module for dynamic selection of optimal data transmission protocols among MQTT, CoAP, HTTPS protocols and legacy systems. The solution is based on employing widely-used algorithms (Random Forest, neural networks, logistic regression) for real-time communication efficiency prediction. The system ensures flexible, secure, and scalable management of heterogeneous devices through a unified control center. The obtained results demonstrate potential for communication cost reduction, reliability enhancement, and foundation establishment for implementing intelligent communication systems in the energy sector with automatic protocol switching